（交通运输工程专业论文）superpave沥青混合料的优化设计与试验研究.pdf

摘要 摘要 近几年，随着国内经济的快速发展，高速公路建设掀起高潮。交通量的迅速增长， 车辆的大型化甚至严重超载，渠化交通的加剧，使高速公路的沥青路面质量面临严峻 考验，很多高速公路通车不到一、二年，路面就出现了早期破坏，传统的沥青路面技 术规范受到严峻的挑战。高性能沥青路面( s u p e 印a v e ) 是美国公路战略研究计划( s h i 冲) 关于沥青路面课题的一个重大研究成果，在美国很多州已取得较大的成功，引起世界 各地浓厚兴趣和密切关注，人们纷纷开始引进和研究该项目的关键技术。国内不少省 份也逐渐开始在高速公路中研究、开展这项技术的推广工作，以期望解决沥青路面的 早期病害问题( 诸如水损害、高温变形和表层抗滑性能的衰减过快等) ，延长沥青路面 的使用寿命。 本文主要在总结苏嘉杭高速公路苏州段s u p e 印a v e 上面层优化设计的实践基础上， 针对上面层用料一玄武岩供应日益紧张的严峻事实，在苏州绕城高速公路上面层施工 指导中，对辉绿岩取代玄武岩在上面层的使用进行较系统的试验研究，优化混合料组 成设计，提出了具体的施工工艺与质量检验要求，并通过铺筑试验路段加以验证，以 确保高速公路路面整体的施工质量。 【关键词】：s u p e r p a v e ，沥青混合料，辉绿岩，上面层，优化设计，试验研究 -r-i瞄-i a b s t r a c t a b s t r a c t i nm el a s tf e wy e a r s ，1 1 i g h w a yc o n s t m c t i o n sb r i n ga b o u th i g ht i d ew i t he c o n o m i c d e v e l o p m e n tq u i c yi nd o m e s t i c ，b u t ，t h en e wp r o b l e mn o w so u tc o n t i n u o u s l yn o w ，t h e t r a f i cv o l u m ei n c r e a s e sq u i c l ( 1 y ，o v e r l o a ds e r i o u s ，t h eq u a l i 够o fa s p h a l tr o a df a c e st h e r i g o r o u st e s ti ne v e r ya s p e c t s u p e r p a v ei sa ni m p o r t 孤tr e s e a r c hr e s u l tw h j c ht h eu n i t e d s t a t e sh i 曲w a ys t r a t e g yr e s e a r c hp l a n ( s h i 冲) a b o u ta s p h a l tr o a dt a s kc a u s e s i nu n i t e d s t a t e s ，a1 0 to fs t a t e sh a v ea l r e a d yo b t a i n e dg r e a ts u c c e s s ，w 圭1 i c hm a k e sa 铲e a ti n t e r e s ti nt h e w o r l d t h ep e o p l es t a r tt os t u d yt l l et e c h n i q u ei naf e wp r o v i n c e so fc h i n af o rr e s 0 1 v i n g p r o b l e m sa b o u ta s p h a l tr o a d ( w a t e ri n ju r e s ，h e a ts t a b l e ，t r a l l s f o m st os l i pw i t hs u r f a c el a y e r a n t i r e d u c e so ft h ef u n c t i o nr e d u c e sq u i c ke t c ) t h i st e x ti sb a s e do ns u m m i n gu pt h ee x p e r i e n c eo f b u i l d i n gs u j 认h a n gh i 曲w a y i “sg u i d e do nt h et o pl a y e rc o n s t m c t i o no fl l i g h w a ya r o u n ds u z l l o uc i 饥r 印1 a c i n gt o b a s a l tu s a g ei nt o pl a y e rp r o c e e dt h a l lc o b a l t i t eo nt r i a lr e s e a r c ho ft h es y s t e m w ep u t f o r w a r dt h ec o n c r e t et e c 量1 i q u er e q u e s t ，e x c e l l e n tt h ed e s i g no fa s p h a l t1 1 1 i x s ，a 工l dm o d i f i e d g u i d ea b o u tt h et o p1 a y e rc o n s t m c t i o n ，i i l s u r em e o v e r a l lc o n s t m c t i o nq u 咖i 锣o fh i 曲w a y k e yw o r d s ：s u p e 印a v e ，a s p h a l t1 1 1 i x s ，t o pl a y e r ，s y s t e me x p e r i m e n t s ，e x c e l l e n td e s i g l l i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：毖嘶日期：一 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的 内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅， 可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大 学研究生院办理。 签名：、雌导师签名：丝筮4 丛卫日期： 西弓 工程硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 _ 1 1 引言 随着国民经济的高速发展，我国公路建设到了规模空前、增长迅猛的时期。在过 去几十年的过程中，通过广大工程人员的共同努力，我国在沥青路面的结构设计、材 料选用、施工工艺等方面积累了许多有益的经验，并形成了一套完整的技术体系，沥 青路面结构也在全国公路建设中得到广泛的应用。但近几年来，随着交通量迅速增长、 车辆大型化、超载严重、车辆渠化等问题的出现，使沥青路面面临着严峻的考验。水 损害、高温变形、低温开裂和表层抗滑性能的衰减过快等则成为目前高速公路沥青面 层的主要问题，以往的规范、规程和经验已越来越不适应当前路面技术的发展，需要 我们不断发挥主动性和创造性，加大科技投入的同时，引进国外先进经验，提高沥青 路面的路用性能，减少早期损害，延长使用寿命，将传统的经验规范转变为性能规范。 这种转变以美国公路战略研究计划( s h l 心) 为标志，1 9 8 7 年美国公路战略研究计 划( s h 】计) 进行了一项为期五年耗资5 0 0 0 万美元的沥青课题研究，旨在制定一个新 的沥青和沥青混合料规范、试验和设计方法。s h r p 沥青课题的最终研究成果称为 s u p e 印a v e ，即高性能沥青路面，包括一个胶结料规范、混合料设计体系和分析方法， 被誉为“面向二十一世纪的筑路技术”，已在美国得到大面积的推广应用。 近几年，国内也逐渐开始在高速公路中推广s u p e 印a v e 路面结构。2 0 0 0 年，江苏 省在淮江高速公路淮阴连接线上修筑了7 m 长的试验路；2 0 0 1 年江苏省分别在连徐、 宁宿徐高速公路修建了共1 0 k m 的主体工程，试验路采用三层s u p e 印a v e 结构形式：2 0 0 2 年一2 0 0 3 年，苏嘉杭公路苏州段成为国内第一条全部( 全长1 0 0 k m ，双向四车道) 采 用s u p e r p a v e 三层结构形式的高速公路，开创了国内高速公路建设的先河。苏嘉杭南段 通车两年多，日交通量一度达到5 万辆( 其中重型车辆占到总量的5 0 以上) ，路况一 直良好，没有出现明显的路面损坏情况，取得了明显的经济和社会效益。 苏州市高速公路建设指挥部在总结苏嘉杭高速公路建设的成功经验后，2 0 0 4 年， 又在苏州绕城高速公路西南段5 2 5 k m 的沥青路面建设中，决定全部采用s u p e 印a v e 三 层结构形式。 本人作为苏州市高速公路建设指挥部的一名工程技术负责人之一，有幸全过程参加 了这两个项目的路面技术管理工作。期间，与上海同济大学道路与交通工程科研所一 工程硕士学位论文第一章绪论 起合作，参与制订了本课题方案设计。项目前期，选择了几家国内常用的改性沥青品 牌，跑遍了江浙皖一带的石料场，通过精选料源、大量的对比试验，对s u p e 印a v e 沥青 混合料进行了优化设计，并制定相应的沥青面层施工指导意见，有效地确保了沥青路 面高质量建成。 一1 2 国内外发展、研究现状 s u p e r p a v e 沥青路面技术作为柔性路面技术领域的一项新技术、新工艺，同其他新 兴路面技术一样，在推广应用过程中并不是一帆风顺，同样也存在一些挑战或“漫长 的痛苦”。，在美国，s u p e r p a v e 技术推出后，政府非常重视并大力推广，进展较快。为 了帮助州公路局和承包商熟悉新的s u p e r p a v e 程序和设备，联邦公路局强制各州购买 仪器设备并开设胶结料试验设备和混合料设备使用培训班和培训f 中心，以调查、了解、 推广s u p e r p a v e 的成果，进行技术方面的支持、培训等等。1 9 9 6 年，美国各州公路与 运输官员协会( a a s h t 0 ) s h r p 推广专家组s u p e r p a v e 样板州小组，以分享先进经验， 进一步开发和提供s u p e r p a v e 技术应用指南。2 0 0 0 年，样板州项目结束，标志着 s u p e r p a v e 技术从推广应用阶段走向常规应用阶段。1 9 9 9 年，对混合料规范和混合料 设计方法进行了修订，以使混合料设计更加明确和更加简化。 目前，s u p e r p a v e 技术在美国的基本现状是：沥青胶结料规范比较成熟，并已深入 到改性沥青领域，并为绝大多数州接受为正式规范；混合料规范和混合料体积设计方 法相对成熟并从推广阶段走向常规实践阶段，且绝大多数将其作为标准设计方法；混 合料分析和性能预测系统正由m a r y l a n d 大学及其项目组进行评估、证实和简化，还有 待于推广；大部分州正在修建s u p e r p a v e 路面。 欧洲标准化组织c e n 从1 9 9 0 年开始，差不多跟美国s h r p 同一时期进行了沥青标 准的修订和统一工作，对沥青路用性能规范的研究开发计划正在进行中。大多数国家 对s u p e r p a v e 技术感兴趣，大多数国家已采用s u p e r p a v e 技术进行过试验但只是初步 实施，大多数国家不知道s u p e r p a v e 技术参数能够说明沥青胶结料或沥青混合料的性 能，只有少数国家修建了s u p e r p a v e 路面。欧洲沥青路面协会e a p a 对s u p e r p a v e 技术 中的沥青胶结料规范相当感兴趣，认为会对以后的研究工作产生相当的影响。 日本一开始就对美国的s h r p 研究十分关注，在s u p e r p a v e 推出以后，立即对沥青 及沥青混合料的路用性能规范和相应的试验方法进行了全面的调查，1 9 9 4 年和1 9 9 6 年先后引进了沥青胶结料和沥青混合料的试验设备，并将s u p e r p a v e 技术的试验方法 工程硕士学位论文 第一章绪论 纳入日本道路协会的铺装试验法便览。研究重点放在对评价高温车辙性能的d s r 和 长期老化试验方法p a v 的有效性做出判断，而不是研究沥青胶结料的路用性能等级， 还将国内现有试验方法与s u p e r p a v e 方法进行了全面比较。 应该说，我国对s h r p s u p e r p a v e 的反映是积极的。在一定程度上，并不亚于欧洲、 日本、澳大利亚等国家。“九五”以来，s u p e r p a v e 技术开始影响我国，江苏省交通科 学研究院于1 9 9 5 年利用世行贷款率先从美国引进s u p e r p a v e 沥青胶结料和沥青混合料 试验设备及有关技术标准，进行了大量的室内试验，并连续三次参加了加拿大沥青交 换项目试验工作，取得了较好的试验水平。先后完成了沪宁高速公路沥青胶结料和沥 青混合料路用性能评估，部分国产沥青、进口沥青和改性沥青的p g 等级评定，并从2 0 0 0 年开始，着手进行s u p e r p a v e 沥青混合料设计和生产，铺筑了近2 0 公里的试验路，取 得良好效果，并陆续在江苏省高速公路建设中得到广泛的应用。其他如天津市政研究 院、山东交科所、中石化沥青研究中心等单位也陆续引进了部分s h r p 试验设备进行沥 青质量检验和沥青混合料设计。交通部已列入“九五”科技专题对s u p e r p a v e 技术进 行跟踪研究。 1 3 本文主要研究内容 苏嘉杭高速公路建设时，曾对中、下面层的石灰岩集料以及上面层的玄武岩集料做 过充分的研究，并在工程实践中得到应用，效果很好。但是由于料源关系，苏州绕城 高速公路除了采用石灰岩集料作中、下面层混合料之用外，拟采用辉绿岩作为上面层 集料。对此，有必要对辉绿岩集料在上面层中的应用进行较系统的试验研究，优化混 合料组成设计，以确保高速公路上面层的质量。 s u p e 印a v e 技术包括：s u p e 印a v e 胶结料与集料规范、s u p e 印a v e 混合料体积设计、 s u p e 叩a v e 混合料施工、s u p e 印a v e 混合料性能预测和相关的软件、试验方法及设备。 本文主要研究内容包括： 1 ) 利用s u p e 印a v e 胶结料与集料规范，通过试验充分了解s b s 改性沥青、辉绿岩 集料基本性能，确定其适用性。 2 ) 在上述基础上，用s u p e 印a v e 混合料体积设计法对上面层沥青混合料组成进行优 化设计。集料种类拟采用二种：粗集料和细集料均采用辉绿岩；粗集料采用辉绿 岩，细集料采用石灰岩。 3 ) 成型与试验 4 工程硕士学位论文第章绪论 首先严格按照s h i 冲的方法，采用旋转压实仪对2 种集料类型各3 种级配进行试 验，优选出一种级配，并确定最佳用油量。 考虑到高速公路交通量大，轴载重，甚至超载的特点，试验成型压力拟采用o 6 m p a 和1 0m p a 二种。 为了便于今后的广泛应用及质量检验和工程验收，在上述试验结果的基础上，进 一步采用马氏击实仪进行试验。 4 ) 试验路的铺筑与观测 通过对上述试验得到的s u p e 印a v e 混合料目标配合比，用于指导施工单位进行 s u p e 印a v e 生产配合比的设计，选择5 0 0 米左右段落进行试验路段的铺设，并进行现场 相关试验，与设计技术指标对比，修正各项工艺参数，以期达到预计效果，便于在全 线大规模施工中采用。 本项目的的研究和实施，将进一步提高道路沥青面层的质量，延长路面的使用寿 命，并为今后沥青路面施工技术的推广提供一定的指导。 1 1j，-1 工程硕士学位论文 第二章改性沥青和集料性能评价 第二章改性沥青和集料性能评价 2 1 改性沥青常规试验 与原先的沥青针入度和粘度规范相比，s u p e 印a v e 胶结料规范具有以下重要特性： 力求使用性能指标；测量沥青动态的粘弹性指标；增加了低温指标； 既考虑了施工期的老化，有考虑了使用期的老化；未改性和改性沥青均适用； 指标固定，变化试验温度。 对苏州市高速公路建设指挥部提供的江阴科斯密改性沥青进行了常规试验，试验 结果见表2 1 。 表2 1 改性沥青试验结果 s b s 改性沥青技术要求试验结果 交通部标准 试验项目 苏州 123 ( i d 冰) 针入度0 1 衄3 0 9 49 79 4 ( 1 0 0 9 ，5 s ) 2 5 4 0 6 03 0 6 0 5 86 05 8 1 5 2 6 2 7 2 7 针入度指数 一o _ 2 + 1 0+ 0 _ 2 0 6 3 8 3 延度c m 1 5 ( 5 c m 佃i n ) 1 0 5 3 0 2 0 4 24 44 7 软化点( 环球法) 6 06 0 6 97 0 相对密度 g 锄3 1 0 3 11 0 3 4 离析，软化点差 2 52 5 1 51 0 弹性恢复( 2 5 ) 7 08 5 9 89 89 7 6 0 动力粘度 p a s8 0 08 0 0 读数太大 1 3 5 动力粘度 p a s331 3 51 4 01 4 5 质量损失 o 60 6一o 0 3 薄膜针入度比 7 06 59 6 6 加热软化点 5 05 07 0 5 试验延度 1 5 1 6 3 5 h( c i n ) 1 0 5 2 01 53 03 13 1 5 s h r p 。眭能等级fp g 7 0 2 2 + ：根据气候、交通量( 特大超载车辆多的特征) ，应选用i 一4 ( 即i d ) ； 基质沥青应为进口优质沥青，标号a h 7 0 ，符合省高指对沥青的技术要求，改性剂应采 用进口优质s b s 改性剂。 工程硕士学位论文第二章改性沥青和集料性能评价 针入度指数：o 6 3 8 3 一一 y = 0 0 3 6 4 x + 0 8 7 4 2 = 0 9 9 7 3 o51 0 1 5 2 02 5 3 03 5 温度 由表中数据可以看出：采用我国方法测试的各项指标均符合国标要求和江苏省高指 和苏州市高速公路工程s b s 改性沥青技术指标的要求。 2 2 改性沥青p g 分级试验 按照s u p e 印a v e 胶结料规范的要求，在模拟改性沥青寿命期三个重要阶段的性能进 行试验。第一阶段用原样改性沥青进行动态剪切( d s r ) 试验，检验其高温性能和模 拟运输、储存和装载的性能；第二阶段用改性沥青经旋转薄膜烘箱加热后的残留物进 行动态剪切( d s r ) 试验，检验其高温性能和模拟改性沥青在拌和、运输和铺筑过程 中的老化情况；第三阶段采用旋转薄膜烘箱残留物再经压力老化容器后的残留物进行 中等温度的d s r 试验和低温弯曲梁流变试验( b b r ) ，检验其抗疲劳性能和低温性能， 用以模拟沥青面层部分的胶结料在路面服务期间的长期老化情况，所用仪器为动态剪 切流变仪( d s r ) 和弯曲梁流变仪( b b r ) 。苏嘉杭高速公路所用江阴科斯密改性沥青 试验结果见表2 。3 表2 6 。 表2 2 沥青p g 分级试验应变目标值 应变( ) 材料指标要求 目标值范围 原样g 4 s i n 大于1 o k p a1 29 1 5 1 5 r t o f t 残留物g + s i n 大于2 2k p a 1 08 1 2 2 6 p a v 残留物g + s i n 小于5 0 0 0k p a 10 8 1 。2 工程硕士学位论文 第二章改性沥青和集料性能评价 表2 3 原样沥青动态剪切( d s r ) 试验结果( 应变控制) 温度( )试验项目试验值胁s i n 平均值( p a )g ：l = s i n 指标要求 g 爿：( p a )2 0 3 7 4 61 9 4 5 6 2 7 0( 。)6 2 9 8 96 8 0 52 1 9 2 3 大于1 0 0 0p a g 木s i n 2 2 8 6 。9 2 0 9 7 7 g 术( p a )1 3 2 3 4 21 2 5 2 5 2 7 6( 。)6 3 5 8 76 1 3 8 81 4 5 2 2 大于1 0 0 0p a g ： = s i n1 4 7 7 71 4 2 6 8 g 木( p a )8 3 7 4 58 3 6 6 7 8 8 2( 。)6 0 7 9 95 8 7 0 79 6 9 2 大于1 0 0 0p a g 木s i n9 5 9 49 7 9 1 表2 4 经旋转薄膜烘箱加热后残留物的d s r 试验结果( 应变控制) 温度( ) 试验项目试验值 g 木s i n 平均值( p a )错s i n 指标要求 g 冰( p a )3 3 9 6 8 23 5 5 1 7 6 7 0( 。)6 1 3 5 76 1 2 5 93 9 6 0 6大于2 2 0 0p a g 冰s i n3 8 7 0 54 0 5 0 8 g 术( p a )1 7 5 2 2 21 9 0 4 9 4 7 6( 。)6 2 8 6 76 2 6 1 72 0 5 7 1 大于2 2 0 0p a g ：l ：s i n1 9 6 8 92 1 4 5 3 表2 5p a v 老化沥青的d s r 试验结果( 应变控制) 温度( )试验项目试验值g ，| c s i n 6 平均值( k p a )g 木s i n 6 指标要求 g + ( k p a ) 1 1 4 3 41 1 4 5 7 2 2 6 ( 。)5 3 7 3 85 5 0 7 6 1 4 0 7 7 小于5 0 0 0k p a g + s i n 6 1 4 1 8 o1 3 9 7 3 g + ( k p a ) 7 6 5 0 67 8 0 3 6 2 5 6 ( 。)5 5 9 0 15 6 9 1 9 2 7 7 小于5 0 0 0k p a g 芈s i n 6 9 2 3 99 3 1 4 ：i = 注：根据从s h t 0m p l ，1 9 9 5 要求g ：i ：s i n6 小于3 0m p a 。 表2 6p a v 老化沥青弯曲梁流变试验( b b r ) 的试验结果 温度( ) 试验项目试验值 平均值指标要求 劲度s ( m p a ) 2 0 0 2 4 08 4 9小于3 0 0 一1 8 蠕变速率1 1 1o 3 2 70 3 2 9o 3 4 5大于o 3 劲度s ( m p a )4 1 04 7 6 1 4 0 5 小于3 0 0 2 4 蠕变速率m0 2 4 9o 2 5 30 2 9 6大于0 3 s u p e r p a v e 的沥青性能等级规范，有一个高温、一个低温指标，如p g 6 4 2 2 ，“6 4 ” 表示7 天平均路面最高设计温度，“一2 2 ”表示路面最低设计温度，根据工程项目所在 地区的气温，可以计算出工程项目所在地区的最高、最低路面设计温度，而且这个温 工程硕士学位论文第二章改性沥青和集料性能评价 度有一定的保证率。实际使用的沥青的性能等级必须满足项目所需的性能等级。 上述试验结果表明：原样沥青7 6 时的g 半s i n = 1 4 5k p a 1 0k p a ，经旋转薄膜 烘箱加热后的残留物，在7 0 0 c 时的g 木s i n = 3 9 6 k p a 2 2l ( p a ，而在7 6 时的g 水s i n 小于2 2k p a ，所以该沥青的高温等级符合7 0 的要求，即p g 7 0 。而低温时的劲度和 蠕变速率仅一1 8 时均符合要求，所以，所选用的江阴科斯密改性沥青性能分级为 p g 7 0 1 8 。由于苏州地区气温高及交通量较大的情况，在高速公路一般路段p g 6 4 1 6 即可适应要求，而对于经常停车的收费站则需p g 7 0 一1 6 。本次所用改性沥青属 p g 7 0 1 8 ，今后可以适应行车和停车路段的要求，不会因沥青质量问题引起低温开裂， 疲劳开裂和车辙。 2 3 对集料的技术要求和拟用的集料试验结果 集料的特性对沥青混合料性能的影响是非常重要的。s u p e r p a v e 混合料设计方法直 接纳入了集料的技术标准，主要考虑了集料的两种特性：共同特性和料源特性。其中， 集料的共同特性包括粗集料棱角、细集料棱角、扁平与细长颗粒含量和粘土含量。集 料的料源特性包括集料的坚固性、安定性和有害物质含量。 本工程拟用的粗集料为湖州鹿山坞的辉绿岩，对集料的要求和基本性能试验结果 见表2 7 和表2 8 。表2 7 中还列出了苏嘉杭高速公路北段所用镇江茅迪金石磊玄武岩 集料试验结果，以供比较。 表2 7镇江茅迪金石磊玄武岩集料基本性能试验结果 试验项目指标要求湖州辉绿岩金石磊玄武岩 石料压碎值( ) 2 48 31 0 1 洛杉机磨耗值损失 4 级 未加抗剥落剂：3 级未加抗剥落剂：3 级 坚固性( ) 1 2 细长扁平颗粒含量 1 0( 9 5 1 3 2 )2 51 4 1 ( )( 4 7 5 9 5 )3 8 48 o 1 ( 9 5 1 3 2 )0 1 5 6 5o 6 5 8 0 水洗法 7 0( o 一3 ) 9 0 9 1 2 ( 3 5 )7 06 9 5 棱角性 4 5 ( 0 3 ) 4 6 o 4 5 8 ( 3 5 )4 3 64 1 8 为了解细集料的坚硬程度，我们借用国标建筑用砂( 中华人民共和国国家标准建筑用 砂) ( g b t1 4 6 8 4 2 0 0 1 ) 压碎指标法进行试验，试验结果见表2 1 0 表2 1 2 。 表2 1 0 苏州绕城高速公路细料压碎指标( 辉绿岩) 压碎前质量压碎后筛余量质量减少百分平均损失百分取平均损失的最大值作为该 粒径( 咖) ( g )( g ) 率( )率( )集料的压碎指标( ) 3 2 9 8 3 0 3 28 1 2 3 6 4 7 53 3 0 23 0 18 87 7 3 3 0 8 3 1 06 3 3 2 9 73 0 2 88 2 1 1 8 2 3 63 3 0 73 0 5 17 7 7 9 9 4 3 3 0 13 0 3 97 9 3 3 02 9 7 1 1 0 0 o 6 1 1 8 3 3 0 13 0 0 2 9 19 4 3 2 9 82 9 9 89 1 3 2 9 83 0 6 77 0 0 3 0 66 9 3 2 9 53 0 7 36 7 注：本试验根据中华人民共和国国家标准建筑用砂( g b t1 4 6 8 4 2 0 0 1 ) 压碎指标法进行试 验；取2 3 6 4 7 5 ，1 1 8 2 3 6 ，o 6 1 1 8 ，o 3 一o 6 单粒级试样3 3 0 9 ，精确至1 9 ，装入受压钢模， 工程硕士学位论文 以每秒5 0 0 n 的速度加荷，加至2 5 k n 时稳荷5 s 后，以同样速度卸荷。用该粒级的下限筛筛分，称 出试样的筛余量和通过量，通过量占总质量的百分数为该粒级的压碎指标值，取最大单粒级压碎指 标作为其压碎指标值。 表2 1 l苏州绕城高速公路细料压碎指标( 石灰岩一) 质量损失百分率平均损失百分率 粒径( 1 i 1 1 )压碎前质量( g )压碎后筛余量( g )压碎指标( ) ( )( ) 3 3 0 1 2 4 0 62 7 1 2 3 6 4 7 53 3 0 52 3 7 12 8 32 8 5 3 2 9 72 3 0 73 0 0 3 3 0 52 8 6 71 3 3 1 1 8 2 3 63 2 9 72 8 6 81 3 o1 3 5 3 3 0 32 8 3 61 4 1 2 8 5 3 3 0 62 8 71 3 2 0 6 一1 1 83 3 0 42 9 01 2 21 2 6 3 3 0 22 8 9 41 2 4 3 2 9 72 8 2 91 4 2 0 3 0 6 3 3 0 6 2 7 9 5 1 5 5 1 5 6 3 3 0 22 7 3 81 7 1 表2 1 2苏州绕城高速公路细料压碎指标( 石灰岩二) 压碎前质量压碎后筛余质量损失百平均损失百压碎指标 粒径( n u n ) ( g )量( g ) 分率( )分率( )( ) 3 3 0 92 6 7 61 9 1 2 3 6 4 7 53 2 9 92 5 2 12 3 62 2 6 3 3 0 12 4 7 62 5 o 3 3 0 72 7 6 21 6 5 1 1 8 。2 3 6 3 3 0 72 7 7 41 6 1 1 6 1 3 3 02 7 8 21 5 72 0 0 3 3 0 12 6 7 41 9 o 0 6 一1 1 83 3 0 52 7 5 91 6 51 8 8 3 3 0 12 6 0 92 1 o 3 2 9 32 4 9 92 4 1 0 3 一o 62 2 7 3 3 0 22 5 9 92 1 3 从表中数据可以看出：辉绿岩细集料的平均损失百分率为7 9 7 5 ，明显小于石灰岩，而 前后二次送来的石灰岩又有所区别。2 0 0 4 年2 月所取的料平均损失百分率2 0 0 5 ，又大于去 年的来料( 平均损失百分率1 7 5 5 ) 。实践表明( 在本课题的试验中) ，平均损失率大者，所 配制的沥青混合料易于压实，沥青用量也较少。 工程硕士学位论文第三章上面层改性沥青混合料的级配组成设计 第三章上面层改性沥青混合料的级配组成设计 3 1 级配要求 s u p e 印a v e 混合料体积设计的级配选择是通过控制点和限制区来进行的。设置控制点是 要求集料级配不得超过规定的区间，控制点分别设于最大公称尺寸筛、中等筛( 2 3 6 m m ) 和最小筛( o 0 7 5 衄) 处。限制区处于沿最大密度级配线中等筛和0 3 m m 筛之间，限制区形 成一个级配不能通过的带。由于限制区特有的驼峰形，所以通过这个区域的级配叫“驼峰 级配”。设置限制区的目的有两个：一是是为了限制砂的用量，二是为了提供足够的v m a 。 在多数情况下，驼峰级配表示为种多砂混合料，或相对于总砂量来说细砂太多的混合料， 这种级配的混合料在施工期间常会出现压实问题，并表现为在使用期间抗永久变形的能力 不足。而且，集料级配通过限制区容易造成v m a 过小，这种级配对沥青含量过分敏感。因 此，设计集料结构时应使设计级配处于控制点间并避开限制区以满足s u p e 印a v e 的要求。 本次试验所用材料级配为s u p 一1 3 ，其级配要求见表3 1 。 表3 一l 上面层沥青混合料的级配要求 晡孔筛尺寸 蒯 1 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 30 1 50 0 7 5 级配类型 s u p 1 3 1 0 09 0 1 0 06 4 8 43 5 5 82 8 3 91 6 2 61 0 一1 96 1 65 1 24 8 _ _ 注：表中数字下有横杠者为严格控制值，其它部分允许有出入 3 2 技术标准 与以往采用的马歇尔设计方法相比，s u p e 印a v e 混和料体积设计有几个重要的不 旋转压实机更接近现场的压实过程，其工程性质更接近现场芯样； 增加了混合料短期老化试验，使压实和空隙率计算更为实际； 加大了试件尺寸( 1 5 0 m m 直径) ，更适合于大粒径( 2 5 5 0 m m ) 的集料； 实时测量试件高度和旋转压实次数，画出压实曲线，从而能评价混合料的压实 特性； 在最大压实次数时规定了一个最大压实度，使混合料的抗车辙能力更有保障； 工程硕士学位论文 在初始压实次数时规定了一个最小压实度，避免了不稳定混合料的产生。 这些都是马歇尔方法不可比拟的，另外，马歇尔设计方法多数采用规定级配中值 作为设计级配，但满足规定级配中值的混合料不一定是最好的结构，缺少了评价不同 混合料设计结构的过程，整个马歇尔方法变成了获取最佳用油量的方法。 s u p 一1 3 上面层沥青混凝土应符合表3 2 所列规范规定的马歇尔试验技术标准和 s h r p 的技术要求。 表3 2 上面层s u p 一1 3 沥青混凝土马歇尔试验的技术标准 试验项目技术标准 击实次数两面各7 5 次 稳定度( k n ) 7 5 流值( 0 1 衄) 2 0 4 0 + 空隙率( ) 4 0 残留稳定度( ) 8 5 冻融循环劈裂强度比( ) 8 0 矿料间隙率v m a ， 1 4 沥青填隙率v f a ， 6 5 7 5 矿粉和有效沥青用量之比 o 6 1 6 苏州绕城高速公路西南段设计2 0 年预期当量累计单轴作用次数e s a l 为1 7 6 10 7 次，考虑道路通车后的重载、超载情况，提高一个档次，旋转压实次数为n 初= 9 ，n 设 计= 1 2 5 ，n 最大= 2 0 5 。 表3 2 中各项指标计算公式如下： ( 1 2 窒堕奎迪竖 h ，一净枷。 式中：g m 厂沥青混合料试件的实测毛体积密度，由水中重法或表干法测得； g 。沥青混合料的最大理论密度： g 矿黄 ( 2 ) g 。g 6 式中：p 。沥青混合料中集料质量百分比，以计，例如集料质量为9 5 7 时，以9 5 7 代入； 工程硕士学位论文 第三章上面层改性沥青混合料的级配组成设计 p b 沥青混合料中沥青质量百分比，以计，例如沥青质量为4 3 时，以4 3 代入； g b 沥青密度，对壳牌沥青取1 0 3 5 ； g 。全部集料的有效密度，用下式计算： g 。= g 。b + 0 8 ( g 。一g 。b ) g 。b 全部集料的毛体积密度 一一 ! q !( 3 ) q 6 2 互j i 互 “7 g 1 6g 2 母 g ”6 式中：p l ，p 2 ，p 。各档集料占总集料的重量百分比 g 1 b ，g 2 b ，g 。b 各档集料的毛体积密度 g s 。全部集料的视密度 仃。仃一 ! 旦q ( 4 ) 2 互j i 互 7 g 1 。g 2 。 g 。 式中：g 1 。，g 2 。，g 。各档集料的视密度 婴廷塞这鲑的筻料阊堕奎y 丛! 竖 删_ 1 0 0 一兰 ( 5 ) 婴压塞达鲑鲍逝壹垣堕奎( y 坠2 竖 删：型二丝1 0 0 ( 6 ) 丝匡塞达鲑数查夔沥壹盒量里鲢； 驴驴( 小器 式中：p b i 估算的初始沥青含量 p 一鱼! 生兰1 2 ( 8 ) ( g 6 ( 圪。+ 圪。) ) + 暇 g b 沥青密度 v b 。有效沥青体积，c m3 ， 圪。= 0 1 7 6 一o 0 6 7 5 l o g ( s 。) ( 9 ) s 。沥青混合料中集料最大公称尺寸，衄； 工程硕士学位论文 第三章上面层改性沥青混合料的级配组成设计 v b 。被集料吸收进去的沥青体积： 忙吸c 毒一专 ， w 。1c m3 混合料中，集料的质量( g ) ； 形：卿 ) 5 只 g ，g s e 式中：p b ，p 。，g b ，v 。符号的意义同前。 鲤压塞这生窒堕奎丕笠王垒：q 竖的篮正 压实试件空隙率不等于4 o 时可通过绘制p b v a 图，p b _ v m a 图和p b v f a 图修正， 也可通过下列公式计算： 计算空隙率差值v a v a = 4 0 一v r a ( 1 2 ) 式中v a ：实测试件的空隙率； 计算空隙率达到4 o 时，沥青含量的变化( p b ) p b = 一o 4 ( 、，a )( 1 3 ) 于是p b 设计= p b 试验+ p b 计算上述空隙率差值( v a ) 所引起的v m a 的变化( v m a ) v m a = 0 2 ( v a ) 当v a 4 0 时；( 1 4 ) v m a = 一0 1 ( v a ) 当v a 4 0 时； ( 1 5 ) 于是v m a 设计= v m a 试验+ v 【a 2 警圳喘 ， 式中v 。设计调整后的空隙率v 。设计= 4 0 。 3 3 室内试验研究 根据研究计划的安排，室内试验时，集料种类采用二种： 粗集料和细集料均采用辉绿岩； 粗集料采用辉绿岩，细集料采用石灰岩。 具体试验结果分别介绍如下： 工程硕士学位论文第三章上面层改性沥青混合料的级配组成设计 3 3 1 粗集料和细集料均采用辉绿岩 集料级配 按照s h i 冲有关规范的要求，根据上面层各档集料筛分结果，得出细、中、粗三 种级配见表3 。3 、表3 4 、表3 5 及图3 1 。 表3 3 苏州绕城高速公路s u p 一1 3 1 配合比设计( 全辉绿岩) 集料 9 5 1 3 24 7 5 9 52 _ 3 6 4 7 50 2 _ 3 6 矿粉 级配要求 合成级配 案糖分率 2 0 o2 7 01 6 5 3 1 05 5 通过率 中值范围 筛孔 1 9 0 1 0 0 ol o o 0 1 0 0 01 0 0 o1 0 0 01 0 0 o1 0 0 o 1 0 0 0 1 6 0 1 0 0 o1 0 0 01 0 0 0 1 0 0 01 0 0 o1 0 0 o1 0 0 o 1 0 0 0 1 3 29 5 o 1 0 0 o 1 0 0 o1 0 0 ol o o 09 9 09 5 0 9 0 1 0 0 9 51 1 6 9 7 2 1 0 0 o1 0 0 01 0 0 08 1 67 4 o 6 4 8 4 4 7 5o 33 19 9 7l o o 01 0 0 o5 3 84 6 53 5 5 8 2 3 6o 3 o 2 1 8 79 7 11 0 0 03 8 83 3 5 2 8 3 9 1 1 8o 3o 2o 45 2 91 0 0 02 2 12 1 o1 6 2 6 0 6o 3o 20 13 0 31 0 0 o1 5 o1 4 51 0 1 9 0 3o 30 20 11 5 71 0 0 01 0 51 1 o6 1 6 0 1 5o 3o 20 16 41 0 0 07 66 55 1 2 0 0 7 5 o 30 2o 10 28 5 04 96 o4 8 表3 4 苏州绕城高速公路s u p 一1 3 2 配合比设计( 全辉绿岩) 集料 9 5 1 3 24 7 5 9 52 3 6 4 7 50 2 3 6 矿粉级配要求 合成级配 黼分率 2 5 o 2 7 01 7 5 2 5 05 5 通过率 中值范围 筛孔 1 9 o1 0 0 o 1 0 0 0